Wastewater to renewable energy at a tapioca factory in Vietnam

Abstract

Anaerobic digestion is a cost-effective way of treating high organic content wastewater, as it efficiently removes large amounts of organics at the same time as biogas is produced. The production of starch from cassava roots, named tapioca, creates large amounts of high organic content wastewater and uses large amounts of thermal energy for drying the starch. At Wusons tapioca factory in southern Vietnam the wastewater is treated in an anaerobic covered pond, a low technology system for anaerobic digestion which has become popular at tapioca factories in Vietnam. The performance of the digester is however not optimal and process failures occur regularly which can partly be ascribed to the fact that the understanding of the system is poor and other than pH no measurements has previously been done on the wastewater. In this project the influent and effluent wastewater from the digester has therefore been characterised and the conditions at the factory investigated with the aim of coming up with in-situ adapted suggestions of how the performance of the digester could be improved.
The results from the characterization showed that the influent wastewater was close to optimal for anaerobic digestion, with a ratio between organics and nutrients (nitrogen and phosphorus) close to the theoretically optimal value commonly found in literature. Furthermore the results showed that the concentration of nitrogen and phosphorus were kept constant through the digestion process, but the ammonia concentrations doubled, according to the expected. Solids removal showed to be high, as did the removal of organics, but the discharge standards were still not met for any of these parameters. Cyanide, present in the wastewater because of the cassava roots special composition, was found to be removed very well and the levels met the discharge standards.
The results indicate that the digester had problem with low pH, which is normal for this kind of wastewater. This problem could be addressed by for example adding calcium carbonate in the influent to increase the alkalinity (instead of sodium hydroxide which is used at the factory today), using fungi as primary treatment for increasing alkalinity or separating the acidifying phase of the digestion from the biogas-forming phase. Furthermore it was found that sodium hydroxide, which is used both for cleaning the equipment in the factory and regulating pH, might have an inhibitory effect on the digester and alternatives should be sought for. It was also found that improvements to the digestion process could be done by regulating the flow to the digester. During the project an additional anaerobic covered pond was built at the factory but as the results of the wastewater characterization performed showed that there was not much biodegradable matter left in the effluent from the first digester and that ammonia levels were high it is suggested that the flow is regulated for better use of both anaerobic ponds. For example the ponds could be used to separate the phases of the digestion process as suggested above. Further suggestions consider the removal of big solids in the influent wastewater, better usage of primary pond, and keeping the outlet from the digester clean.
In addition to the above it was found that the factory should keep better track of what is happening in the digester by starting to monitor some parameters and in this way introduce some forward planning and thus avoid process failures. First of all alkalinity should be measured instead of pH to be able to regulate the alkalinity before pH drops and causes process failure as was observed. The flow should also be monitored as the big variations, that are normal in the factory, can cause problems for the digester.

Popular Abstract (Swedish)

Under en tio veckors period i Vietnam hösten 2014 genomförde jag ett SIDA finansierat projekt med målet att hitta enkla och billiga lösningar på hur en befintlig biogasanläggning som behandlar industriellt avloppsvatten från en tapiokafabrik skulle förbättras. Jag gjorde mätningar på vattnet som gick in och ut ur lagunen för att försöka komma fram till vad som skedde där inne, och vad det var för fel på den. För så mycket visste jag; att det var någonting fel inne i lagunen som gjorde att fabriken inte fick tillräckligt med biogas. Mina mätningar visade att det framförallt var problem med att vattnet var för surt, någonting som är vanligt för den här typen av vatten och som fabriken egentligen redan var medvetna om och försökt att lösa. Efter att ha tagit mig igenom språkbarriären med hjälp av papper och penna och enkla skisser visade det sig att fabriken tillsatte stora mängder natriumhydroxid, eller soda som det kallas i folkmun, för att neutralisera surheten. Det de inte var medvetna om är att soda i för stora mängder kan döda de bakterier som lever inne i biogasanläggningen och är anledningen till att biogasen bildas. Kort efter att jag uppmärksammade detta byttes sodan ut mot det i många avseenden bättre alternativet karbonat, och anläggningen har sedan dess fungerat mycket bättre - de hade till och med ett överskott av biogas under högsäsongen den följande våren. De andra problem jag uppmärksammade på anläggningen var inte lika enkla att direkt koppla till produktionen av gas och hade inte lika enkla lösningar. Framförallt krävde de fortsatta undersökningar och stegvisa beslutstaganden för att kunna genomföras. Hur det blir med dessa förslag är därför oklart, antagligen kommer de inte att göra någonting nytt på fabriken förrän de återigen får för liten produktion av biogas. För i slutändan handlar det inte om att rädda miljön utan att skapa vinst för företaget.
Dagens teknik möjliggör fantastiska lösningar på många av de miljöproblem som industrier ger upphov till. I Sverige strävar vi efter att använda oss av bästa möjliga teknik, och vi har lagar och regler som tvingar industrin att ligga i framkant snarare än att göra minsta möjliga, någonting som kan vara kostsamt men som på längre sikt ska gynna båda företagen och miljön. I Vietnam och andra utvecklingsländer ser läget annorlunda ut, i första hand för att ny bättre teknik helt enkelt är för dyr men också för att kunskapsnivån för att kunna använda sig av den är för låg. Här blir det därför extra viktigt att försöka hitta win-win lösningar, som både gynnar företagen ekonomiskt och bidrar till en hållbar utveckling och minskad miljöpåverkan. Biogas är ett utmärkt exempel på win-win lösningar där avloppsvatten renas samtidigt som värdefull biogas bildas, men som det visat sig på fabriken där jag var räcker det inte med att införa en smart lösning – det svåra är ofta att få det att fungera praktiskt i det långa loppet. Finns inte kunskapen om hur systemet fungerar kommer det förr eller senare att brista eftersom i princip alla system behöver någon slags underhåll. Enkelt och billigt har därför varit målramen när olika lösningar på hur fabriken ska förbättra sitt system har föreslagits, och förslagen på hur det ska göras kan därför i första avseende verka triviala men det är det som gör dem så bra. Ett förslag på förbättring var att sätta in ett filtersteg som tar bort de bitar som ändå inte kan brytas ned i anläggningen och som istället förkortar livslängden på den genom att fylla den med oanvändbart material. Om detta relativt enkla förslag genomförs kanske livslängden på anläggningen förlängs och dessutom kan det bidra till att processen förbättras i helhet. Små åtgärder som gör stor skillnad. Om de genomförs på rätt sätt.

• author: Gustafsson, Anna
• supervisor: Åsa Davidsson; Anders Hjort; Khang Duong Nguyen
• organization: Chemical Engineering (M.Sc.Eng.)
• course: VVA820 20142
• year: 2015
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Chemistry
• keywords: Vietnam, biogas, tapioca, cassava, anaerobic digestion, wastewater treatment, minor field study, environmental engineering, vattenförsörjningsteknik, avloppsteknik
• language: English
• id: 5425777
• date added to LUP: 2015-06-12 08:29:38
• date last changed: 2015-06-12 08:29:38